DE102007023697A1

DE102007023697A1 - Chalkopyrit-Solarzelle und Verfahren zu deren Herstellung

Info

Publication number: DE102007023697A1
Application number: DE102007023697A
Authority: DE
Inventors: Satoshi Aoki; Hiroyuki Goto
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2006-05-25
Filing date: 2007-05-22
Publication date: 2007-12-06
Also published as: US20080216895A1

Abstract

Eine einzelne Einheitszelle (anschließend hier als "eine Einheitszelle" bezeichnet) wird aus einer unteren Elektrodenschicht 2 (Mo-Elektrodenschicht) auf einem Substrat 1, einer Lichtabsorptionsschicht 3 (CIGS-Lichtabsorptionsschicht), welche Kupfer, Indium, Gallium und Selen aufweist, einem Hochwiderstands-Pufferschicht-Dünnfilm 4, der aus InS, ZnS, CdS und dgl. gebildet ist, auf einem lichtabsorbierenden Schichtdünnfilm gebildet, und einer oberen Dünnfilmelektrode (TCO) 5, welche aus ZnOAl und dgl. gebildet ist, gebildet. Um die Einheitszelle zu verbinden, wird ein Teil einer Kontaktelektrode 6, welche die obere Elektrode und die untere Elektrode verbindet, gebildet, damit sie eine Unterteilungslinie der unteren Elektrode 2 überlappt, welche durch ein erstes Anreißen gebildet ist.

Description

Hintergrund der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Chalkopyrit-Solarzelle, welche eine Solarzelle auf Verbundbasis ist, insbesondere auf eine Chalkopyrit-Solarzelle und ein Verfahren zu deren Herstellung, bei der eine monolithische Reihenverbindungsstruktur mit einem kleinen Totraum gebildet wird.
Eine Solarzelle, welche Licht empfängt und das Licht in elektrische Energie umsetzt, wird in ein voluminöses System und ein Dünnfilmsystem in Abhängigkeit von einer Dicke eines Halbleiters klassifiziert.
Das Dünnfilmsystem ist eine Solarzelle, welche eine Dicke einer Halbleiterschicht hat, die kleiner ist als der Bereich von mehreren 10 µm bis mehreren µm, und ist in ein Si-Dünnfilmsystem und in ein Verbunddünnfilmsystem klassifiziert. Das Verbunddünnfilmsystem umfasst eine Gruppe II-VI-Verbundgruppe, eine Chalkopyrit-Gruppe und dgl.. Es werden mehrere Arten der Verbunddünnfilmsysteme vermarktet.
Die Chalkopyrit-Solarzelle, welche im Chalkopyrit-Solarsystem enthalten ist, wird als CIGS (CU(InGa)Se)-System-Dünnfilmsolarzelle, als CIGS-Solarzelle oder als ein Gruppen-I-III-VI-System auf Basis der verwendeten Substanzen bezeichnet.
Die Chalkopyrit-Solarzelle ist aus einem Chalkopyrit-Verbund als eine licht-absorbierende Schicht gebildet und besitzt Eigenschaften, beispielsweise hohen Wirkungsgrad, keine Lichtverschlechterung (Veränderung mit dem Ablauf eines Jahrs), ausgezeichneten Strahlungswiderstand, einen weiten licht-absorbierenden Wellenlängenbereich, einen hohen licht-absorbierenden Koeffizienten. In der Vergangenheit wurde das Studium zur Massenproduktion durchgeführt.
Eine Querschnittsstruktur einer allgemeinen Chalkopyrit-Solarzelle ist in 1 gezeigt. Wie in 1 gezeigt ist, weist die Chalkopyrit-Solarzelle eine untere Elektrodenschicht (Mo-Elektrodenschicht) auf, welche auf einem Substrat aus einem Glas und dgl. gebildet ist, eine licht-absorbierende Schicht (CIGS- Lichtabsorptionsschicht), welche Kupfer, Indium, Gallium und Selen enthält, einen Pufferschicht-Dünnfilm mit hohem Widerstand, der aus InS, ZnS, CdS und dgl. gebildet ist, und eine obere Dünnfilmelektrode (TCO), welche aus ZnOAl und dgl. gebildet ist.
Wenn ein Sodakalkglas und dgl. verwendet wird, kann, um eine Auslaugrate einer alkalischen Metallkomponente von der Innenseite des Substrats zur Lichtabsorptionsschicht zu steuern, eine alkalische Steuerschicht mit einer SiO₂-Basis vorgesehen sein.
Wenn Licht, beispielsweise Sonnenlicht, auf die Chalkopyrit-Solarzelle gestrahlt wird, werden Paare von Elektronen (–) und Löchern (+) erzeugt. Die Elektronen (–) werden zu n-Typus und die Löcher (+) zu p-Typus in der Kontaktfläche mit einem Halbleiter gesammelt, wodurch eine elektro-motorische Kraft zwischen dem n-Typus und dem p-Typus erzeugt wird. In diesem Status kann, wenn ein elektrischleitfähiger Leiter mit der Elektrode verbunden ist, ein Strom abgenommen werden.
Die Schritte zum Herstellen der Chalkopyrit-Solarzelle werden mit Hilfe von 2 beschrieben. Zunächst wird eine Mo-Elektrode (Molybdän-Elektrode) als die untere Elektrode des Sodakalkglassubstrats zu einem Film durch Sputtern gebildet. Danach wird die Mo-Elektrode entfernt und durch Strahlung eines Laserstrahls unterteilt (erstes Anreißen, 2A).
Nach dem ersten Anreißen werden geschnittene Chips durch Wasser und dgl. gereinigt, und danach wird Kupfer (Cu), Indium (In) und Gallium (Ga) durch Sputtern oder Ablagern daran angebracht, um eine Schicht zu bilden, die als eine Vorstufe bezeichnet wird.
Die Vorstufe wird einem Glühofen zugeführt und in Atmosphäre aus H₂Se-Gas bei 400°C bis 600°C getempert, wodurch eine p-Typus-Lichtabsorptionsschicht erlangt wird. Der Temperprozess wird allgemein gasförmiges Selenid oder einfach als Selenid bezeichnet.
Danach wird eine n-Typus-Pufferschicht, beispielsweise CdS, ZnO und InS auf die Lichtabsorptionsschicht aufgeschichtet. Die Pufferschicht wird allgemein durch einen Trocknungsprozess gebildet, beispielsweise Sputtern oder einem Nassprozess, beispielsweise CBD (chemisches Badablagern).
Danach werden die Pufferschicht und die Vorstufe entfernt und durch Bestrahlen eines Laserstrahls oder durch eine Metallnadel unterteilt (zweites Anreißen, 2B).
Dann wird ein transparenter Elektrodefilm (TCO: transparente leitende Oxide), beispielsweise ZnOAl, als obere Elektrode durch Sputtern und dgl. gebildet (2C).
Schließlich wird die TCO, die Pufferschicht und die Vorstufe entfernt und durch Bestrahlen eines Lasterstrahls oder eine Metallnadel und dgl. unterteilt (drittes Anreißen, 2D), wodurch die CIGS-Film-Solarzelle erhalten wird.
Die erlangte Solarzelle ist eine Sache wie eine Zelle, bei der eine Einheitszelle einschließlich der unterteilten unteren Elektrode, der unterteilten Lichtabsorptionsschicht und der unterteilten oberen Elektrode mit einem Monolithen in Reihe über die Kontaktelektrode verbunden ist. Eine Einzelzelle oder mehrere Zellen werden jedoch paketiert und dann als ein Modul (Feld) bearbeitet.
In der Zelle wird eine Elementunterteilung durch jeden Reißprozess durchgeführt, wodurch die mehreren Reihenspalten zu einem Monolithen unterteilt werden. Die Anzahl von Reihenspalten (die Anzahl der Einheitszelle) wird jedoch modifiziert, wodurch die Spannung der Zelle optional bestimmt und modifiziert werden kann. Dies ist eine der Vorzüge der Dünnfilm-Solarzelle.
Bei der herkömmlichen Chalkopyrit-Solarzelle werden wie oben beschrieben das mechanische Reißen und das Laserstrahlreißen als eine Art des zweiten Reißens verwendet.
Das mechanische Reißen ist eine Technik, bei der das Reißen mechanisch durchgeführt wird, wodurch eine Metallnadel, deren vorderes Ende eine zugespitzte Form hat, mit einem vorher festgelegten Druck nach unten gedrückt und bewegt wird (siehe beispielsweise Patentdokument 1).
3 ist ein schematisches Diagramm, welches zeigt, dass das zweite Anreißen durch das mechanische Anreißen durchgeführt wird.
Bei dem Laserstrahl-Anreißen wird Nd : YAG-Quarz durch eine Konstant-Entladungslampe erregt, beispielsweise eine Bogenlampe, und dann wird der erzeugte eine Laserstrahl (Nd : YAG) auf die Lichtabsorptionsschicht gestrahlt, wodurch die Lichtabsorptionsschicht entfernt wird und unterteilt wird (siehe beispielsweise Patentdokument 2).

Patentdokument 1
Japanische ungeprüfte Patentanmeldungsveröffentlichung Nr. 2004-115356
Patentdokument 2
Japanische ungeprüfte Patentanmeldungsveröffentlichung Nr. 11-312815

Bei dem herkömmlichen zweiten Anreißen sollte, wie in den Patentdokumenten 1 oder 2 beschrieben, ein erstes, zweites und drittes Anreißen in gewissem Abstand getrennt sein. Dieser Grund wird mit Hilfe von 4 beschrieben. 4A ist eine Querschnittsansicht, welche einen Aufbau einer Einheitszelle der herkömmlichen Solarzelle zeigt. Wie in 4 gezeigt ist, wird herkömmlich das erste Anreißen, das zweite Anreißen und das dritte Anreißen (Elementunterteilungsanreißen) durchgeführt, voneinander getrennt zu sein, und die getrennten Teile werden zu Toträumen 8, 9.
In den Totraumteilen können, da die obere Elektrode und die untere Elektrode elektrisch miteinander verbunden sind, Elektronen (–) und Löcher (+) in einer Grenzfläche des n-Halbleiters und des p-Halbleiters nicht angesammelt werden.
Folglich ist es erforderlich, eine Breite des Totraums im Bereich von 70 µm bis 100 µm sicherzustellen. Der Totraum trägt nicht zum Erzeugen von Elektrizität bei und hängt von der Anzahl der konstruierten Serienspalte ab. Bei der allgemeinen Chalkopyrit-Solarzelle liegt der Totraum 8 zwischen dem ersten Anreißen und dem zweiten Anreißen im Bereich von insgesamt 2 bis 5%.
Wie in 4B gezeigt ist, treten, wenn ein Teil des zweiten Anreißens sich mit dem ersten Anreißen überlappt, um somit den Totraum zu beseitigen, Risse in der Lichtabsorptionsschicht auf und haben einen Kriechstrom zur Folge. Folglich nimmt der Erzeugungswirkungsgrad (Umsetzungswirkungsgrad) ab.
Gemäß Studien der Erfinder beträgt, wenn die Chalkopyrit-Solarzelle unter Verwendung des Laserstrahlritzens bei dem ersten Ritzen gebildet wird, wobei das mechanische Ritzen beim zweiten Ritzen verwendet wird und ein Ritzprozess durchgeführt wird, so dass sich das zweite Ritzen mit einem Teil des ersten Anreißens überlappt, der Umsetzungswirkungsgrad durchschnittlich ungefähr 9,5%.
Eine Chalkopyrit-Solarzelle, die durch das gleiche Verfahren hergestellt wurde, welcher anders ist als der Anreißprozess, hatte einen Umsetzungswirkungsgrad von ungefähr 10% trotz eines großen Totraums. Um diesen Grund herauszufinden, wird die Chalkopyrit-Solarzelle, die so aufgebaut ist, dass das zweite Anreißen sich mit einem Teil des ersten Anreißens überlappt, analysiert. Als Ergebnis wird, da ein Shunt-Widerstand niedrig ist und ein Kriechstrom darin auftritt, bestätigt, dass ein FF-Wert (Füllfaktor) niedriger wird.
Bei der herkömmlichen Anreißtechnik ist es notwendig, das erste Anreißen und das zweite Anreißen zu einem bestimmten Ausmaß zu trennen, um jede Einheitszelle zu isolieren. Da es schwierig ist, den Totraum zu reduzieren, ist es schwierig, den Umsetzungswirkungsgrad zu verbessern.
Dagegen beträgt bei der Chalkopyrit-Solarzelle, welche durch Sicherstellen des Totraums von 80 µm zwischen dem ersten, zweiten und dritten Anreißen hergestellt wird, deren Umsetzungswirkungsgrad ungefähr 10% trotz der Toträume.
Um diesen Grund herauszufinden, wird die Chalkopyrit-Solarzelle, die so gestaltet ist, dass sich das zweite Anreißen mit einem Teil des ersten Anreißens überlappt, analysiert. Als Ergebnis, da ein Shunt-Widerstand niedrig ist und darin ein Kriechstrom auftritt, bestätigt, dass ein FF-Wert (Füllfaktor) niedriger wird.
Wie in 14 gezeigt ist, wird, wenn ein Teil des dritten Anreißens sich mit dem zweiten Anreißen überlappt, um somit den Totraum zwischen dem zweiten Anreißen und dem dritten Anreißen zu beseitigen, ein Kontaktbereich zwischen der transparenten Elektrodenschicht und der unteren Elektrode (Mo-Elektrode) abgeschält, es treten Risse in einem dünnen Teil der transparenten Elektrode auf, oder die existierenden Risse werden aufgeweitet. Folglich vergrößert sich der Reihenwiderstand aufgrund des Abschälens oder der Risse. Folglich wird der Erzeugungswirkungsgrad (Umsetzungswirkungsgrad) extrem vermindert.
Gemäß den Studien der Erfinder beträgt, wenn die Chalkopyrit-Solarzelle unter Verwendung des mechanischen Anreißens beim zweiten Anreißen gebildet wird, wobei das gleiche mechanische Anreißen bei dem dritten Anreißen verwendet wird und ein Anreißprozess durchgeführt wird, so dass das dritte Anreißen sich mit einem Teil des zweiten Anreißens überlappt, der Umsetzungswirkungsgrad durchschnittlich etwa 9,5%.
Wie in 14 gezeigt ist, wird, wenn ein Teil des dritten Anreißens sich mit dem zweiten Anreißen überlappt, um somit den Totraum zu beseitigen, ein Kontaktbereich zwischen der oberen Elektrode (transparente Elektrodenschicht) und der unteren Elektrode (Mo-Elektrode) abgeschält, es treten Risse in einem dünnen Bereich der oberen Elektrode auf, oder existierende Risse werden aufgeweitet. Folglich wird der Reihenwiderstand aufgrund des Abschälens oder der Risse vergrößert. Folglich wird der Erzeugungswirkungsgrad (foto-elektrischer Umsetzungswirkungsgrad) extrem vermindert.
Gemäß den Studien der Erfinder beträgt, wenn die Chalkopyrit-Solarzelle unter Verwendung des mechanischen Anreißens beim zweiten Anreißen gebildet wird, wobei das gleiche mechanische Anreißen bei dem dritten Anreißen verwendet wird und ein Anreißprozess durchgeführt wird, so dass das dritte Anreißen sich mit einem Teil des zweiten Anreißens überlappt, der Umsetzungswirkungsgrad durchschnittlich ungefähr 9,5%.
Wenn dagegen der Totraum von 80 µm zwischen dem zweiten Anreißen und dem dritten Anreißen gebildet wird, um eine Chalkopyrit-Solarzelle herzustellen, beträgt dessen Umsetzungswirkungsgrad ungefähr 10% trotz der Toträume.
Bei der herkömmlichen Anreißtechnik ist es notwendig, das zweite Anreißen und das dritte Anreißen in einem bestimmten Abstand zu trennen, um die obere Elektrode und die untere Elektrode miteinander zu verbinden. Da es schwierig ist, den Totraum zu reduzieren, ist es schwierig, den Umsetzungswirkungsgrad zu verbessern.
Überblick über die Erfindung
Es ist eine Aufgabe der Erfindung, den Totraum 8 des Totraums 8, der durch Trennen des ersten Anreißens und des zweiten Anreißens in Abstufung erzeugt wird, und den Totraum 9, der durch Trennen des zweiten Anreißens und des dritten Anreißens (Elementunterteilungsanreißen) in der herkömmlichen Solarzelle durch Abstufung erzeugt wird, zu beseitigen.
Um das oben erwähnte Problem zu lösen, umfasst eine Chalkopyrit-Solarzelle nach der Erfindung ein Substrat; mehrere untere Elektroden, welche durch Unterteilen einer leitfähigen Schicht gebildet sind, welche auf dem Substrat gebildet ist; eine Chalkopyrit-Lichtabsorptionsschicht, welche auf den mehreren unteren Elektroden gebildet ist und in mehrere Teile unterteilt ist; eine Kontaktelektrode, welche zwischen den benachbarten unteren Elektroden und auf einer der benachbarten unteren Elektroden gebildet ist und welche durch Verbessern eines Teils der Lichtabsorptionsschicht eine Leitfähigkeit hat, die höher ist als die der Lichtabsorptionsschicht; eine obere Elektrode, welche eine transparente leitfähige Schicht ist, welche in mehrere Teile bei einem Bereich benachbart zur Kontaktelektrode unterteilt ist, und einen Totraum, der fortlaufend in einer Elementunterteilungsnut der Kontaktelektrode verbleibt.
Die Kontaktelektrode kann ein Cu/In-Verhältnis aufweisen, welches höher ist als ein Cu/In-Verhältnis der Lichtabsorptionsschicht, wodurch die Leitfähigkeit ansteigt. Die Kontaktelektrode kann aus einer Legierung gebildet sein, welche Molybdän enthält. Die obere Elektrode kann aus der Lichtabsorptionsschicht gebildet sein, wobei eine Pufferschicht dazwischen angeordnet ist.
Ein Verfahren zum Herstellen einer Chalkopyrit-Solarzelle nach der Erfindung weist auf einen Leitfähigkeitsschicht-Bildungsschritt zum Bilden einer leitfähigen Schicht, welche zu einer unteren Elektrode wird, auf einem Substrat; einen ersten Anreißschritt zum Unterteilen der leitfähigen Schicht in mehrere untere Elektroden; einen Lichtabsorptionsschicht-Bildungsschritt zum Bilden einer Lichtabsorptionsschicht auf der Fläche der mehreren unteren Elektroden und der Fläche des Substrats dazwischen; einen Kontaktelektroden-Bildungsschritt zum Strahlen eines Laserstrahls zwischen die benachbarten unteren Elektroden der Lichtabsorptionsschicht und auf eine der benachbarten unteren Elektroden und Verbessern der Lichtabsorptionsschicht so, dass eine Leitfähigkeit des bestrahlten Teils der Lichtabsorptionsschicht höher ist als eine Leitfähigkeit von dessen nicht bestrahltem Teil; einen Transparenz-Elektroden-Bildungsschritt zum Aufschichten einer transparenten Elektrodenschicht; und einen Elementunterteilungs-Anreißschritt zum Unterteilen der transparenten Elektrode, die das Teil aufweist, welches im Kontaktelektroden-Bildungsschritt verbessert wurde.
Wenn die transparente Elektrode, welche zur oberen Elektrode wird, auf der Lichtabsorptionsschicht aufgeschichtet wird, wobei eine Pufferschicht dazwischen angeordnet ist, kann ein Laserstrahl von oben her von der Pufferschicht abgestrahlt werden, um somit ein Teil zu umfassen, welches im ersten Anreißschritt unterteilt wurde.
Außerdem weist eine Chalkopyrit-Solarzelle nach der Erfindung ein Substrat auf; mehrere untere Elektroden, welche durch Unterteilen einer leitfähigen Schicht, welche auf dem Substrat gebildet ist, gebildet werden; eine licht-absorbierende Chalkopyrit-Schicht, welche auf den mehreren unteren Elektroden gebildet ist und in mehrere Teile unterteilt ist; eine Kontaktelektrode, welche auf einer unteren Elektrode gebildet ist, welche vom Raum zwischen den benachbarten unteren Elektroden getrennt ist und eine Leitfähigkeit hat, die höher ist als die der Lichtabsorptionsschicht, wobei ein Teil der Lichtabsorptionsschicht verbessert ist; und eine obere Elektrode, welche eine transparente leitfähige Schicht ist, welche in mehrere Teile in einem Bereich benachbart zu den Kontaktelektroden unterteilt ist.
Außerdem weist ein Verfahren zum Herstellen einer Chalkopyrit-Solarzelle nach der Erfindung auf: einen Leitfähigkeitsschicht-Bildungsschritt zum Bilden einer leitfähigen Schicht, welche zu einer unteren Elektrode wird, auf einem Substrat; einen ersten Anreißschritt zum Unterteilen der leitfähigen Schicht in mehrere untere Elektroden; einen Lichtabsorptionsschicht-Bildungsschritt zum Bilden einer Lichtabsorptionsschicht auf den Flächen der mehreren unteren Elektroden und der Fläche des Substrats dazwischen; einen Kontaktelektroden-Bildungsschritt zum Abstrahlen eines Laserstrahls auf ein Teil der Lichtabsorptionsschicht, welche auf einer unteren Elektrode gebildet ist, welche vom Raum zwischen den benachbarten unteren Elektroden getrennt ist, und Verbessern der Lichtabsorptionsschicht, so dass eine Leitfähigkeit des bestrahlten Teils der Lichtabsorptionsschicht höher ist als eine Leitfähigkeit von ihrem nicht bestrahlten Teil; einen Transparenzelektroden-Bildungsschritt zum Aufschichten einer Transparenz-Elektrodenschicht; und einen Elementunterteilungs-Anreißschritt zum Unterteilen der transparenten Elektrode, so dass sie den Teil aufweist, der im Kontaktelektroden-Bildungsschritt verbessert wurde.
Weiter weist eine Chalkopyrit-Solarzelle nach der Erfindung ...
ein Substrat auf; mehrere untere Elektroden, welche durch Unterteilen einer leitfähigen Schicht, welche auf dem Substrat gebildet ist, gebildet werden; eine licht-absorbierende Chalkopyrit-Schicht, welche auf den mehreren unteren Elektroden gebildet ist und in mehrere Teile unterteilt ist; eine Kontaktelektrode, welche auf einer unteren Elektrode gebildet ist, welche vom Raum zwischen den benachbarten unteren Elektroden getrennt ist und eine Leitfähigkeit hat, die höher ist als die der Lichtabsorptionsschicht, wobei ein Teil der Lichtabsorptionsschicht verbessert ist; und eine obere Elektrode, welche eine transparente leitfähige Schicht ist, welche in mehrere Teile in einem Bereich benachbart zu den Kontaktelektroden unterteilt ist.
Ein Verfahren zum Herstellen einer Chalkopyrit-Solarzelle nach der Erfindung weist auf: einen Leitfähigkeitsschicht-Bildungsschritt zum Bilden einer leitfähigen Schicht, welche zu einer unteren Elektrode wird, auf einem Substrat; einen ersten Anreißschritt zum Unterteilen der leitfähigen Schicht in mehrere untere Elektroden; einen Lichtabsorptionsschicht-Bildungsschritt zum Bilden einer Lichtabsorptionsschicht auf den Flächen der mehreren unteren Elektroden und der Fläche des Substrats dazwischen; einen Kontaktelektroden-Bildungsschritt zum Abstrahlen eines Laserstrahls auf ein Teil der Lichtabsorptionsschicht, welche auf einer unteren Elektrode gebildet ist, welche vom Raum zwischen den benachbarten unteren Elektroden getrennt ist, und Verbessern der Lichtabsorptionsschicht, so dass eine Leitfähigkeit des bestrahlten Teils der Lichtabsorptionsschicht höher ist als eine Leitfähigkeit von ihrem nicht bestrahlten Teil; einen Transparenzelektroden-Bildungsschritt zum Aufschichten einer Transparenz-Elektrodenschicht; und einen Elementunterteilungs-Anreißschritt zum Unterteilen der transparenten Elektrode, so dass sie den Teil aufweist, der im Kontaktelektroden-Bildungsschritt verbessert wurde.
Bei der Erfindung wird eine Kontaktelektrode, bei der eine Lichtabsorptionsschicht verbessert ist, um somit deren Leitfähigkeitsrate zu steigern, gebildet, so dass ein Teil der Kontaktelektrode einen Bereich überlappt, wo ein erstes Anreißen durchgeführt wird. Ein drittes Anreißen wird in einem Teil benachbart zur Kontaktelektrode durchgeführt, wodurch eine obere Elektrode einer Einheitszelle der benachbarten Einheitszellen elektrisch mit einer unteren Elektrode der anderen Einheitszelle verbunden ist. Dann kann ein Totraum reduziert werden, wobei ein Kriechstrom nicht auftritt. Folglich kann eine Chalkopyrit-Solarzelle, die einen hohen foto-elektrischen Umsetzungswirkungsgrad hat, erlangt werden.
Außerdem ist bei der Erfindung eine Kontaktelektrode, bei der eine Lichtabsorptionsschicht verbessert ist, um deren elektrische Leitfähigkeitsrate zu steigern, als Ersatz für ein zweites Anreißen gebildet. Ein drittes Anreißen als ein Elementunterteilungsanreißen wird so durchgeführt, dass ein Teil davon sich mit dem Kontaktelektrodenbereich überlappt, wodurch ein Totraum nach dem Sichern einer Verbindung zwischen einer transparenten Elektrodenschicht und einer unteren Elektrodenschicht reduziert wird. Folglich kann eine Chalkopyrit-Solarzelle, welche hohen foto-elektrischen Umsetzungswirkungsgrad hat, erlangt werden.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
1 ist eine Querschnittsansicht, welche einen Aufbau einer herkömmlichen Chalkopyrit-Solarzelle zeigt;
2A bis 2D sind Diagramme, welche einen Herstellungsprozess einer herkömmlichen Chalkopyrit-Solarzelle zeigen;
3 ist ein Diagramm, welches eine Anreißform durch eine Metallnadel zeigt;
4A und 4B sind Querschnittsansichten einer herkömmlichen Chalkopyrit-Solarzelle;
5 ist eine Querschnittsansicht einer Chalkopyrit-Solarzelle nach der Erfindung;
6 ist ein Diagramm, welches ein Verfahren zum Herstellen einer Chalkopyrit-Solarzelle nach der Erfindung zeigt;
7 ist ein Bild einer Fläche einer Solarzelle, wobei eine Kontaktelektrode durch einen Laserkontakt-Bildungsprozess der Erfindung gebildet wird;
8A ist eine grafische Darstellung, welche ein Komponentenanalyseergebnis einer Lichtabsorptionsschicht zeigt, wobei ein Laserlicht-Kontaktbildungsprozess nicht durchgeführt wird, und 8B ist eine grafische Darstellung, welche ein Komponentenanalyseergebnis eines Laserlicht-Kontaktbereichs zeigt, wobei ein Laserlicht-Kontaktbildungsprozess durchgeführt wird;
9A ist eine grafische Darstellung, welche einen Unterschied bezüglich der Trägerdichte einer Lichtabsorptionsschicht aufgrund eines Cu/In-Verhältnisses zeigt, und 9B ist eine grafische Darstellung, welche eine Variation beim Widerstandsverhältnis aufgrund eines Cu/In-Verhältnisses zeigt;
10 ist ein Mikroskopbild, wobei eine Fläche der Chalkopyrit-Solarzelle nach Beschichtung einer transparenten Elektrode (TCO) aufgenommen ist;
11 ist ein Querschnitts-SEM-Bild einer Kontaktelektrode und einer Lichtabsorptionsschicht;
12 ist eine Querschnittsansicht einer Chalkopyrit-Solarzelle nach der Erfindung;
13 ist ein Diagramm, welches ein Verfahren zum Herstellen einer Chalkopyrit-Solarzelle nach der Erfindung zeigt;
14 ist eine Querschnittsansicht einer herkömmlichen Chalkopyrit-Solarzelle;
15 ist eine Querschnittsansicht einer Chalkopyrit-Solarzelle nach der Erfindung;
16 ist ein Diagramm, welches ein Verfahren zum Herstellen einer Chalkopyrit-Solarzelle nach der Erfindung zeigt;
17 ist ein Bild einer Fläche einer Solarzelle, wobei eine Kontaktelektrode durch einen Laserkontakt-Bildungsprozess der Erfindung gebildet wird.
Ausführliche Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
Beispiel 1
5 ist eine Querschnittsansicht, welche eine Chalkopyrit-Solarzelle nach der Erfindung zeigt. Die gleichen Bezugszeichen bezeichnen die gleichen Teile wie bei der herkömmlichen Technik. In der Chalkopyrit-Solarzelle nach der Erfindung wird eine einzelne Einheitszelle (hier anschließend als "eine Einheitszelle" bezeichnet) aus einer unteren Elektrodenschicht (Mo-Elektrodenschicht) 2 gebildet, welche auf einem Substrat 1 gebildet ist, einer Lichtabsorptionsschicht (CIGS-Lichtabsorptionsschicht) 3, welche Kupfer, Indium, Gallium und Selen aufweist, einem Pufferschicht-Dünnfilm 4 mit hohem Widerstand, der aus InS, ZnS, CdS und dgl. auf einem Lichtabsorptions-Dünnschichtfilm gebildet ist, und einer oberen Elektrodendünnfilm (TCO) 5, der aus ZnOAl und dgl. gebildet ist. Um die Einheitszelle zu verbinden, ist ein Teil einer Kontaktelektrode 6, welche die obere Elektrode und die untere Elektrode verbindet, gebildet, um mit einer Unterteilungslinie der unteren Elektrode 2 sich zu überlappen, welche durch das erste Anreißen gebildet wird. Das heißt, die Kontaktelektrode 6 ist zwischen den benachbarten unteren Elektroden 2, 2 und auf einer der benachbarten unteren Elektroden 2 gebildet.
Die benachbarten Einheitszellen sind elektrisch miteinander verbunden, wobei eine obere transparente Elektrodenschicht 5 mit der anderen unteren Elektrodenschicht 2 über die Kontaktelektrode 6 als ein Teil der oberen transparenten Elektrode 5 verbunden ist. Ein Totraum 9, der sich von der Kontaktelektrode 6 erstreckt, verbleibt in einer Elementunterteilungsnut 7.
Die Kontaktelektrode 6 hat, wie unten beschrieben, ein Cu/In-Verhältnis, welches höher ist als ein Cu/In-Verhältnis der Lichtabsorptionsschicht 3, d.h. hat weniger In. Die Kontaktelektrode 6 hat eine p+- oder eine Leitfähigkeitseigenschaft in Bezug auf die Lichtabsorptionsschicht als ein p-Halbleiter.
Bei der Erfindung sind die obere Elektrode, welche durch ein drittes Anreißen gebildet wird, und eine Unterteilungslinie (Anreißlinie), welche die Pufferschicht und die Lichtabsorptionsschicht unterteilt, so vorgesehen, dass sie benachbart zur Kontaktelektrode sind. Üblicherweise ist der Totraum fortlaufend in der Kontaktelektrode gebildet. Bei der Erfindung jedoch ist die Lichtabsorptionsschicht auf einer Seite der Kontaktelektrode gebildet, und die Nut, welche durch das dritte Anreißen gebildet wird, ist fortlaufend auf der anderen Seite gebildet.
Bei der Ausführungsform wird ein flaches Glas als eine Substratsubstanz verwendet. Es kann jedoch ein Textursubstrat verwendet werden, welches eine Unebenheit auf seiner Fläche hat, oder ein Substrat, welches rostfreiem Stahl, Kohlenstoff, Mika, Polyimid oder Keramik gebildet ist.
Ein Verfahren zum Herstellen der Chalkopyrit-Solarzelle nach der Erfindung wird mit Hilfe von 6 beschrieben. Zunächst wird eine Mo-Elektrode (Molybdän-Elektrode) als eine untere Elektrode auf einem Substrat in einem Film durch Sputtern, Ablagerung oder dgl. gebildet. Titan oder Wolfram kann in der unteren Elektrode abweichend von Molybdän verwendet werden. Danach wird die Mo-Elektrode entfernt und durch einen Strahlungslaser unterteilt (erstes Anreißen).
Das Laserunterteilen der unteren Elektrode ist vorzugsweise die dritte Harmonische eines Excimerlasers mit einer Wellenlänge von 248 nm oder eines Nd YAG-Lasers mit einer Wellenlänge von 355 nm. Eine Prozessbreite ist vorzugsweise im Bereich von 80 bis 100 µm, wodurch es möglich ist, Isolation zwischen den benachbarten Mo-Elektroden sicherzustellen.
Nach dem ersten Anreißen werden Kupfer (Cu), Indium (In) und Gallium (Ga) durch ein Sputtern oder Aufbringen aufgebracht, um eine Schichtanziehung als eine Vorstufe zu bilden.
Die Vorstufe wird einem Glühofen zugeführt und in Atmosphäre von Selen-Hybrid-Gas (H₂Se) bei 400°C bis 600°C getempert, wodurch eine p-Lichtabsorptionsschicht erlangt wird. Der Temperprozess wird allgemein als gasförmiges Selenid oder einfach als Selenid bezeichnet.
Es wurden einige Verfahren als ein Prozess zum Bilden einer Lichtabsorptionsschicht entwickelt, beispielsweise ein Verfahren zum Durchführen eines Temperns nach Bilden von Cu, In, Ga und Se durch Ablagerung. Bei der Ausführungsform wurde das Verfahren, bei dem gasförmiges Selenid verwendet wird, beschrieben. Bei der Erfindung ist jedoch der Prozess zum Bilden der Lichtabsorptionsschicht nicht begrenzt.
Danach wird eine n-Pufferschicht, beispielsweise CdS, ZnO und InS auf der Lichtabsorptionsschicht aufgeschichtet. Die Pufferschicht wird allgemein durch einen Trocknungsprozess gebildet, beispielsweise Sputtern, oder einen Nassprozess, beispielsweise CBD (chemische Badablagerung). Die Pufferschicht kann durch Verbesserung der transparenten oberen Elektrode, was später beschrieben wird, weggelassen werden.
Anschließend wird durch Strahlen des Laserstrahls die Kontaktelektrode gebildet, wobei die Lichtabsorptionsschicht verbessert wird. Die Pufferschicht wird so gebildet, dass sie sehr viel dünner ist als die Lichtabsorptionsschicht. Obwohl der Laserstrahl auf die Pufferschicht gestrahlt wird, hat sich folglich ein Einfluss in Abhängigkeit von der Existenz der Pufferschicht auch gemäß dem Experiment durch die Erfinder nicht gezeigt. Bei der Erfindung wird der Laserstrahl so gestrahlt, um sich mit der Unterteilungslinie (Anreißlinie) der unteren Elektrode zu überlappen, welche durch das erste Anreißen gebildet wird.
Dann wird eine transparente Elektrode, beispielsweise ZnOAl, die zur oberen Elektrode wird, auf der Pufferschicht und die Kontaktelektrode durch Sputtern und dgl. gebildet. Schließlich werden die Pufferschicht und die Vorstufe entfernt, wobei sie durch Bestrahlen eines Lasers oder eine Metallnadel unterteilt werden (Elementunterteilungsanreißen, drittes Anreißen). In diesem Fall ist es vorteilhaft, die Prozessbreite im Bereich von 80 bis 100 µm sicherzustellen.
7 ist ein SEM-Bild, welches von der Lichtabsorptionsschicht und der Fläche der Kontaktelektrode nach Bestrahlung mit dem Laser aufgenommen wurde. Wie in 7 gezeigt ist, kann aus der Lichtabsorptionsschicht, welche in einer Partikelform wächst, herausgefunden werden, dass die Fläche der Lichtabsorptionsschicht geschmolzen ist, um die Kontaktelektrode durch die Energie des Lasers zu rekristallisieren.
Um diese speziell zu analysieren, wird die Kontaktelektrode, welche gemäß der Erfindung gebildet wird, mit der Lichtabsorptionsschicht vor der Bestrahlung des Lasers mit Bezug auf 8 verglichen. 8A zeigt ein Komponentenanalyseergebnis des Laserkontaktbereichs, bei dem der Laserkontakt-Bildungsprozess nicht durchgeführt wird. 8B zeigt ein Komponentenanalyseergebnis des Laserkontaktbereichs, bei dem der Laserkontakt-Bildungsprozess durchgeführt wird. Eine EPMA (Elektronenproben-Mikroanalyse) wird bei der Analyse verwendet. Bei der EPMA wird ein beschleunigter Elektronenstrahl auf ein Objekt gestrahlt, und somit wird ein charakteristisches Röntgenstrahl-Spektrum, welches durch Erregen des Elektronenstrahls erzeugt wird, analysiert, wodurch das Bestandteilelement ermittelt wird und das Verhältnis (Dichte) des Bestandteilelements analysiert wird.
Aus 8 kann man finden, dass das Indium (In) in der Kontaktelektrode in Bezug auf die Lichtabsorptionsschicht signifikant abnimmt. Dieser Abnahmebereich wird durch die EPDA-Einrichtung gezählt. Als Ergebnis beträgt der Bereich 1/3,61. Ähnlich wird der Abnahmebereich von Kupfer (Cu) gezählt. Als Ergebnis beträgt der Bereich 1/2,37.
Wie oben beschrieben kann durch Bestrahlen mit dem Laser herausgefunden werden, dass In signifikant abnimmt und In im Verhältnis stärker als Cu abnimmt.
Die andere Eigenschaft ist die, dass das Molybdän (Mo), welches in der Lichtabsorptionsschicht nicht ermittelt wird, ermittelt wird. Der Grund dieser Variation wird betrachtet. Gemäß der Simulation durch die Erfinder steigt beispielsweise, wenn ein Laserstrahl mit einer Wellenlänge 355 nm bei 0,1 J/cm² abgestrahlt wird, die Flächentemperatur der Lichtabsorptionsschicht auf 6000°C an. Natürlich steigt die Temperatur in der Innenseite (unterer Bereich) der Lichtabsorptionsschicht an. Die Lichtabsorptionsschicht, die bei der Ausführungsform verwendet wird, beträgt jedoch ein 1 µm, und die Innenseite der Lichtabsorptionsschicht kann eine signifikant hohe Temperatur annehmen.
Ein Schmelzpunkt von Indium beträgt 156°C, und dessen Siedepunkt beträgt 2595°C. Ein Schmelzpunkt von Kupfer beträgt 1084°C, und dessen Siedepunkt beträgt 2595°C. Folglich kann das Indium den Siedepunkt bis zu einem Bereich erreichen, der tiefer ist als der der Lichtabsorptionsschicht. Da ein Schmelzpunkt von Molybdän 2610°C beträgt, kann das Molybdän bis zu einem gewissen Ausmaß, welches in der unteren Elektrode existiert, geschmolzen werden, um in die Lichtabsorptionsschicht aufgenommen zu werden.
Es werden nun Eigenschaften aufgrund einer Variation im Verhältnis von Kupfer und Indium betrachtet. 9 zeigt eine Variation der Charakteristik aufgrund eines Cu/In-Verhältnisses. 9A zeigt die Unterschiede in einer Trägerdichte der Lichtabsorptionsschicht aufgrund eines Cu/In-Verhältnisses, und 9B zeigt eine Variation bei einem Widerstandsverhältnis aufgrund eines Cu/In-Verhältnisses.
Wie in 9A gezeigt ist, ist es, um als Lichtabsorptionsschicht verwendet zu werden, welche eine Eigenschaft eines p-Halbleiters besitzt, erforderlich, das Cu/In-Verhältnis im Bereich von 0,95 bis 0,98 zu steuern. Wie in 8 gezeigt ist, variiert in der Kontaktelektrode, in welcher die Kontaktelektroden-Bildungsprozess zum Strahlen des Laserstrahls durchgeführt wird, das Cu/In-Verhältnis vom gemessenen Wert des Kupfers und des Indiums auf einen Wert, der größer ist als 1 beim Cu/In-Verhältnis. Folglich kann die Kontaktelektrode in einen p+-Typus oder in ein Metall variieren.
Hier nimmt, wie in 9B besonders herausgestellt, das Widerstandsverhältnis schnell ab, wenn das Cu/In-Verhältnis größer als 1 wird. Wenn insbesondere das Cu/IN-Verhältnis im Bereich von 0,95 bis 0,98 liegt, nimmt das Widerstandsverhältnis schnell auf 10⁴ Ωcm ab. Wenn dagegen das Cu/In-Verhältnis zu 1,1 wird, nimmt das Widerstandsverhältnis schnell auf ungefähr 0,1 Ωcm ab.
Anschließend wird das Molybdän, welches in den Lichtabsorptionsbereich hereingenommen wird, betrachtet. Das Molybdän ist ein Element, welches in der Gruppe 6 der periodischen Tabelle enthalten ist und hat eine Eigenschaft eines Nichtwiderstandswerts von 5,4 × 10^–6 Ωcm. Die Lichtabsorptionsschicht ist geschmolzen und in einer Form eines aufnehmenden Molybdäns rekristallisiert, wodurch das Widerstandsverhältnis abnimmt. Aus den oben erwähnten beiden Gründen wird betrachtet, dass die Kontaktelektrode zu einer p+-Art oder einem Metall deformiert wird, um bezüglich des Widerstands diese niedriger zu machen als die Lichtabsorptionsschicht.
Anschließend wird die Beschichtung der transparenten Elektrodenschicht auf die Kontaktelektrode beschrieben. 10 ist ein Mikroskopbild, wobei die Fläche der Chalkopyrit-Solarzelle nach der TCO-Beschichtung aufgenommen wurde. Bei dem herkömmlichen Anreißen ist es erforderlich, das zweite Anreißen durchzuführen, um somit den Totraum in einem bestimmten Abstand von der Anreißlinie zu bilden, welche durch das erste Anreißen gebildet wird. Bei der Erfindung jedoch kann, da die Kontaktelektrode gebildet ist, wobei die Lichtabsorptionsschicht verbessert ist, so dass ein Teil davon die Anreißlinie, welche durch das erste Anreißen gebildet ist, überlappt, die monolithische Reihenverbindungsstruktur ohne Bilden des Totraums erlangt werden. Da außerdem das charakteristische Niveau entsprechend der Filmdicke der Lichtabsorptionsschicht nicht existiert, wird die transparente Elektrode nicht beschädigt.
Um anschließend zu klären, dass die Dicke der Kontaktelektrode sich wenig im Vergleich zu Filmdicke der Lichtabsorptionsschicht ändert, zeigt 11 ein SEM-Querschnittsbild der Kontaktelektrode und der Lichtabsorptionsschicht. Ein Laser mit einer Frequenz von 20 kHz, einem Ausgangssignal von 467 mW und einer Impulsbreite von 35 ns wird fünf Mal auf die Kontaktelektrode gestrahlt, welche in 11 gezeigt ist. Der Grund dafür, dass der Laser fünf Mal abgestrahlt wird, besteht darin, die Abnahme der Dicke der Kontaktelektrode durch die Bestrahlung des Lasers zu bestätigen.
Wie in 11 gezeigt ist, verbleibt, sogar wenn der Laser fünf Mal abgestrahlt wird, die Dicke der Kontaktelektrode bei einem signifikanten Ausmaß.
Bei dem Versuch der Erfinder verbesserte sich der Erzeugungswirkungsgrad (Umsetzungswirkungsgrad) der Zelle auf ungefähr 10,6%. Dies wird als ein Anstieg im Elektrizitätserzeugungsbereich aufgrund der Abnahme des Totraums und eines ansteigenden Effekts aufgrund der Abnahme des Reihenwiderstandswerts angesehen.
Folglich überlappt ein Teil der Kontaktelektrode, welche die Lichtabsorptionsschicht verbessert, die Anreißlinie, welche durch das erste Anreißen gebildet wird, wodurch der Elektrizitätserzeugungsbereich ansteigen kann und der Innenwiderstandswert der seriellen Verbindung abnehmen kann. Damit kann die Chalkopyrit-Solarzelle, welche den hohen foto-elektrischen Umsetzungswirkungsgrad hat, erlangt werden.
Beispiel 2
Bei dem herkömmlichen Anreißen ist es erforderlich, das zweite Anreißen durchzuführen, um somit den Totraum in einem bestimmen Abstand von der Anreißlinie zu bilden, welche durch das erste Anreißen gebildet wird, und es ist erforderlich, das dritte Anreißen durchzuführen, um den Totraum in einem bestimmen Abstand von der zweiten Anreißlinie zu bilden. Bei der Erfindung jedoch, da die Kontaktelektrode gebildet wird, deren Lichtabsorptionsschicht verbessert ist, so dass sich ein Teil davon der Anreißlinie überlappt wird, welche durch das erste Anreißen gebildet ist, und das Elementunterteilungsanreißen (dritte Anreißlinie) so gebildet wird, dass ein Teil davon zur Kontaktelektrode überlappt wird, kann der monolithische Reihenverbindungsaufbau ohne Bilden der Totzone erlangt werden. Da außerdem der charakteristische Unterschied entsprechend der Filmdicke der Lichtabsorptionsschicht nicht existiert, wird die transparente Elektrode nicht zunichte gemacht.
Bei dem Experiment der Erfinder verbesserte sich der Erzeugungswirkungsgrad (Umsetzungswirkungsgrad) der Zelle auf ungefähr 11,1 %. Dies wird als ein Anstieg des Elektrizitätserzeugungsbereichs aufgrund der Abnahme des Totraums und eines Anstiegseffekts aufgrund der Abnahme des Reihenwiderstandswerts angesehen.
Folglich überlappt ein Teil der Kontaktelektrode, welche die Lichtabsorptionsschicht verbessert, die Anreißlinie, welche durch das erste Anreißen gebildet wird, und ein Teil der Elementunterteilungs-Anreißlinie überlappt die Kontaktelektrode, wodurch der Elektrizitätserzeugungsbereich sich vergrößern kann und der innere Widerstandswert der Reihenverbindung vermindert werden kann. Folglich kann die Chalkopyrit-Solarzelle, welche den hohen foto-elektrischen Umsetzungswirkungsgrad hat, erlangt werden.
Beispiel 3
15 ist eine Querschnittsansicht, welche eine Chalkopyrit-Solarzelle nach der Erfindung zeigt. Die gleichen Bezugszeichen bezeichnen die gleichen Teile wie bei der herkömmlichen Technik. Bei der Chalkopyrit-Solarzelle der Erfindung wird eine einzelne Einheitszelle (anschließend als "Einheitszelle" bezeichnet) von einer unteren Elektrodenschicht 22 (Mo-Elektrodenschicht) gebildet, welche auf einem Substrat 21 gebildet ist, von einer Lichtabsorptionsschicht (CIGS-Lichtabsorptionsschicht) 23, welche Kupfer, Indium, Gallium und Selen aufweist, aus einem Hochwiderstands-Pufferschicht-Dünnfilm 24, der aus InS, ZnS, CdS und dgl. auf dem licht-absorbierenden Schicht-Dünnflim gebildet ist, und einem oberen Elektrodendünnfilm (TCO) 25, der aus ZnOAl und dgl. gebildet ist. Um die Einheitszelle zu verbinden, wird ein Teil einer Kontaktelektrode, welche die obere Elektrode und die untere Elektrode verbindet, so gebildet, um einer Unterteilungslinie benachbart zu sein, welche durch das anschließend beschriebene Elementteilungsanreißen (drittes Anreißen) gebildet wird. Das heißt, dass die Kontaktelektrode 26 auf einer unteren Elektrode 22, welche von einem Raum zwischen den benachbarten unteren Elektroden 22, 22 getrennt ist, und auf einer der benachbarten unteren Elektroden 22 gebildet ist.
Die benachbarten Einheitszellen sind elektrisch miteinander verbunden, wobei die obere transparente Elektrodenschicht 25 einer Einheitszelle mit der unteren Elektrodenschicht 22 der anderen Einheitszelle über die Kontaktelektrode 26 verbunden ist. Ein Totraum 28, der sich von der Kontaktelektrode 26 erstreckt, verbleibt in einer Elementteilungsnut 27, welche die Einheitszelle und eine gegenüberliegende Seite davon teilt.
Bei der Erfindung weisen die obere Elektrode, welche durch ein drittes Anreißen gebildet wird, und eine Unterteilungslinie (Anreißlinie), welche die Pufferschicht und die Lichtabsorptionsschicht teilt, ein Teil auf, welches durch den Kontaktelektroden-Bildungsprozess verbessert wurde. Das heißt, dass in der Vergangenheit die Toträume 28, 29 sich zu der Kontaktelektrode erstreckten. Bei der Erfindung jedoch wird eine Seite der Kontaktelektrode aus der Nut 27 gebildet, wodurch der Totraum 28 lediglich auf der gegenüberliegenden Seite verbleibt.
Eine transparente Elektrode (TCO), beispielsweise ZnOAl, welche zur oberen Elektrode wird, wird auf der Pufferschicht und der oberen Seite der Kontaktelektrode durch Sputtern und dgl. gebildet. Schließlich werden die TCO, die Pufferschicht und die Vorstufe durch Strahlen eines Lasers oder durch eine Metallmadel entfernt, um unterteilt zu werden (drittes Anreißen, Elementteilungsanreißen). Dieses Elementunterteilungsanreißen wird so durchgeführt, um einen Teil der Kontaktelektrode zu umfassen.
Bei dem herkömmlichen Anreißen ist es notwendig, dass das dritte Anreißen durchgeführt wird, um somit den Totraum zu bilden, der im gewissen Ausmaß von der Anreißlinie, welche durch das zweite Anreißen gebildet wird, getrennt ist. Bei der Erfindung jedoch, da die Elementunterteilungsanreißlinie (dritte Anreißlinie) so gebildet ist, dass ein Teil davon sich mit der Kontaktelektrode überlappt, welche durch Strahlen eines Lasers gebildet wird, kann eine monolithische Serienverbindungsstruktur ohne den Totraum erlangt werden. Da außerdem ein charakteristisches Niveau entsprechend der Filmdicke der Lichtabsorptionsschicht nicht existiert, kann die transparente Elektrode nicht beschädigt werden. Folglich nimmt der Reihenwiderstandswert ab.
Bei dem Experiment, welches durch die Erfinder zur Verifizierung davon durchgeführt wurde, wird durch Anwenden der Erfindung bestätigt, dass der Elektrizitätserzeugungswirkungsgrad (Umsetzungswirkungsgrad) der Zelle auf ungefähr 10,6% verbessert wird. Dies wird als ein Anstieg des Elektrizitätserzeugungsbereichs aufgrund der Abnahme des Totraums und eines Anstiegseffekts aufgrund der Abnahme des Serienwiderstandswerts wie oben beschrieben betrachtet.
Folglich kann der Elektrizitätserzeugungsbereich ansteigen, wobei ein Teil der Elementunterteilungs-Anreißlinie zur Kontaktelektrode überlappt wird, wodurch die Lichtabsorptionsschicht verbessert wird und der innere Widerstandswert der Reihenverbindung abnehmen kann. Folglich kann die Chalkopyrit-Solarzelle, welche den hohen foto-elektrischen Umsetzungswirkungsgrad hat, erlangt werden.

Claims

Chalkopyrit-Solarzelle, welche aufweist: ein Substrat; mehrere untere Elektroden, welche durch Unterteilen einer leitfähigen Schicht gebildet sind, welche auf dem Substrat gebildet ist; eine Chalkopyrit-Lichtabsorptionsschicht, welche auf den mehreren unteren Elektroden gebildet ist und in mehrere Teile unterteilt ist; eine Kontaktelektrode, welche zwischen den benachbarten unteren Elektroden und auf einer der benachbarten unteren Elektroden gebildet ist und welche durch Verbessern eines Teils der Lichtabsorptionsschicht eine Leitfähigkeit hat, die höher ist als die der Lichtabsorptionsschicht; und eine obere Elektrode, welche eine transparente leitfähige Schicht ist, welche in mehrere Teile bei einem Bereich benachbart zur Kontaktelektrode unterteilt ist.
Chalkopyrit-Solarzelle nach Anspruch 1, wobei die Kontaktelektrode ein Cu/In-Verhältnis hat, welches höher ist als ein Cu/In-Verhältnis der Lichtabsorptionsschicht.
Chalkopyrit-Solarzelle nach Anspruch 1, wobei die Kontaktelektrode aus einer Legierung gebildet ist, welche Molybdän enthält.
Chalkopyrit-Solarzelle nach Anspruch 1, wobei die obere Elektrode auf der Lichtabsorptionsschicht gebildet ist, wobei eine Pufferschicht dazwischen angeordnet ist.
Verfahren zum Herstellen einer Chalkopyrit-Solarzelle, welches aufweist: einen Leitfähigkeitsschicht-Bildungsschritt zum Bilden einer leitfähigen Schicht, welche zu einer unteren Elektrode wird, auf einem Substrat; einen ersten Anreißschritt zum Unterteilen der leitfähigen Schicht in mehrere untere Elektroden; einen Lichtabsorptionsschicht-Bildungsschritt zum Bilden einer Lichtabsorptionsschicht auf der Fläche der mehreren unteren Elektroden und der Fläche des Substrats dazwischen; einen Kontaktelektroden-Bildungsschritt zum Strahlen eines Laserstrahls zwischen die benachbarten unteren Elektroden der Lichtabsorptionsschicht und auf eine der benachbarten unteren Elektroden und Verbessern der Lichtabsorptionsschicht so, dass eine Leitfähigkeit des bestrahlten Teils der Lichtabsorptionsschicht höher ist als eine Leitfähigkeit von dessen nicht bestrahltem Teil; einen Transparenz-Elektroden-Bildungsschritt zum Aufschichten einer transparenten Elektrodenschicht; und einen Elementunterteilungs-Anreißschritt zum Unterteilen der transparenten Elektrode, die das Teil aufweist, welches im Kontaktelektroden-Bildungsschritt verbessert wurde.
Verfahren nach Anspruch 5, wobei die Pufferschicht nach dem Lichtabsorptionsschicht-Bildungsschritt gebildet wird, und ein Laserstrahl von der Oberseite der Pufferschicht abgestrahlt wird, dass diese ein Teil aufweist, welches im ersten Anreißschritt unterteilt wurde.
Chalkopyrit-Solarzelle nach Anspruch 1, welche außerdem aufweist: einen Totraum, der fortlaufend in einer Elementunterteilungsnut der Kontaktelektrode bleibt.
Chalkopyrit-Solarzelle nach Anspruch 7, wobei die Kontaktelektrode ein Cu/In-Verhältnis hat, welches höher ist als ein Cu/In-Verhältnis der Lichtabsorptionsschicht.
Chalkopyrit-Solarzelle nach Anspruch 7, wobei die Kontaktelektrode aus einer Legierung gebildet ist, welche Molybdän enthält.
Chalkopyrit-Solarzelle nach Anspruch 7, wobei die obere Elektrode auf der Lichtabsorptionsschicht gebildet ist, wobei eine Pufferschicht dazwischen angeordnet ist.
Verfahren zum Herstellen einer Chalkopyrit-Solarzelle, welches aufweist: einen Leitfähigkeitsschicht-Bildungsschritt zum Bilden einer leitfähigen Schicht, welche zu einer unteren Elektrode wird, auf einem Substrat; einen ersten Anreißschritt zum Unterteilen der leitfähigen Schicht in mehrere untere Elektroden; einen Lichtabsorptionsschicht-Bildungsschritt zum Bilden einer Lichtabsorptionsschicht auf den Flächen der mehreren unteren Elektroden und der Fläche des Substrats dazwischen; einen Kontaktelektroden-Bildungsschritt zum Abstrahlen eines Laserstrahls zwischen den benachbarten unteren Elektroden der Lichtabsorptionsschicht und auf eine der benachbarten unteren Elektroden, so dass sie nicht mit einem Teil überlappen, für das ein Elementunterteilungsanreißen später durchgeführt wird, und Verbessern der Lichtabsorptionsschicht, so dass eine Leitfähigkeit des bestrahlten Teils der Lichtabsorptionsschicht höher ist als eine Leitfähigkeit ihres nicht bestrahlten Teils; einen Transparenzelektroden-Bildungsschritt zum Bilden zum Aufschichten einer Transparenz-Elektrodenschicht; und einen Elementunterteilungs-Anreißschritt zum Unterteilen der transparenten Elektrode, die den Teil aufweist, der im Kontaktelektroden-Bildungsschritt verbessert wurde.
Verfahren nach Anspruch 11, wobei eine Pufferschicht nach dem Lichtabsorptions-Schichtbildungsschritt gebildet wird und ein Laserstrahl von oben von der Pufferschicht abgestrahlt wird, so dass sie ein Teil, welches im ersten Anreißschritt unterteilt wurde, aufweist.
Chalkopyrit-Solarzelle, welche aufweist: ein Substrat; mehrere untere Elektroden, welche durch Unterteilen einer leitfähigen Schicht, welche auf dem Substrat gebildet ist, gebildet werden; eine licht-absorbierende Chalkopyrit-Schicht, welche auf den mehreren unteren Elektroden gebildet ist und in mehrere Teile unterteilt ist; eine Kontaktelektrode, welche auf einer unteren Elektrode gebildet ist, welche vom Raum zwischen den benachbarten unteren Elektroden getrennt ist und eine Leitfähigkeit hat, die höher ist als die der Lichtabsorptionsschicht, wobei ein Teil der Lichtabsorptionsschicht verbessert ist; und eine obere Elektrode, welche eine transparente leitfähige Schicht ist, welche in mehrere Teile in einem Bereich benachbart zu den Kontaktelektroden unterteilt ist.
Chalkopyrit-Solarzelle nach Anspruch 13, wobei die Kontaktelektrode ein Cu/In-Verhältnis höher als ein Cu/In-Verhältnis der Lichtabsorptionsschicht hat.
Chalkopyrit-Solarzelle nach Anspruch 13, wobei die Kontaktelektrode aus einer Legierung, welche Molybdän enthält, gebildet ist.
Chalkopyrit-Solarzelle nach Anspruch 13, wobei die obere Elektrode auf der Lichtabsorptionsschicht gebildet ist, wobei eine Pufferschicht dazwischen angeordnet ist.
Verfahren zum Herstellen einer Chalkopyrit-Solarzelle, welches aufweist: einen Leitfähigkeitsschicht-Bildungsschritt zum Bilden einer leitfähigen Schicht, welche zu einer unteren Elektrode wird, auf einem Substrat; einen ersten Anreißschritt zum Unterteilen der leitfähigen Schicht in mehrere untere Elektroden; einen Lichtabsorptionsschicht-Bildungsschritt zum Bilden einer Lichtabsorptionsschicht auf den Flächen der mehreren unteren Elektroden und der Fläche des Substrats dazwischen; einen Kontaktelektroden-Bildungsschritt zum Abstrahlen eines Laserstrahls auf ein Teil der Lichtabsorptionsschicht, welche auf einer unteren Elektrode gebildet ist, welche vom Raum zwischen den benachbarten unteren Elektroden getrennt ist, und Verbessern der Lichtabsorptionsschicht, so dass eine Leitfähigkeit des bestrahlten Teils der Lichtabsorptionsschicht höher ist als eine Leitfähigkeit ihres nicht bestrahlten Teils; einen Transparenzelektroden-Bildungsschritt zum Aufschichten einer Transparenz-Elektrodenschicht; und einen Elementunterteilungs-Anreißschritt zum Unterteilen der transparenten Elektrode, so dass sie den Teil aufweist, der im Kontaktelektroden-Bildungsschritt verbessert wurde.
Verfahren nach Anspruch 17, wobei die Pufferschicht nach dem Lichtabsorptionsschicht-Bildungsschritt gebildet wird, und ein Laserstrahl von der Oberseite der Pufferschicht abgestrahlt wird, so dass sie einen Teil aufweist, der in dem ersten Anreißschritt unterteilt wurde.